A STUDY TO LOOK INTO THE POTENTIAL OF PISTIA STRATIOTESIN REMOVING HEAVY METALS FROM
SIMULATED WASTEWATER
PROJECr LEADER : PSSfX. PROF. DR. PIAKONG MOHO lUAH CQ-RESEARCHERS: ASSfX. PROF. DR. ZAHARAH IBRAHIM
: NUR ZAIDA BT ZAHARI
SCHOOL: SCHOOL OF SCIENCE &. TECHNOLOGY, UNIVERSm MALAYSIA SABAH
EMAIL: [email protected] : [email protected]
CODE FRGS: FRGS0195-SG-l/2010
ABSTRACT
INOCULAnON EFFECT OF Pb-TOLERANT
BACILLUS CEREUSNMeHI-Cr2ON THE REMOVAL OF
Pb2+FROM SIMULATED WASTEWATER BY PISTIA
STRATIOTES
Contamination of heavy metals in the environment is a major concern as It cannot be degraded chemically or biologically. Phytoremediation technology Is an easy and economic solution to remediate
hea~metals pollution. Study was carried out
todetermine the inoculation effect of Pb
+tolerant strain on the removal of Pb
2+from
simulatedwastewater by floating aquatic macrophyte Pistia stratiotes which was chosen as It Is abundant locally with a net-like roots structure. The removal
ofheavy metals Pb
2+, Cd2+, Ni2+ and Zn2+ was done in Continuous Vertical Inlet Flow (CVIF) reactor which provided adequate aeration to support roots system and enabled continuous removal process through filtration In the duration of 15 days. This macrophyte can survive in multiple heavy metals mixtures of ecr+, Pb2+, Ni2+ and Zn2+
at
1.5
mg\-1 ($ each meta\ fur Sdays
without nutrients, 8days In I-fold nutrients addition and 12 days In 2-fold nutrients addition. However, only Pb
1+was found
tobe removed 100
%from simulated wastewater and absorbed by P. stratlotes compared to ccf+, N1
2+and
Zn2+.
Therefore, further analysison heavy meta) removal by
P.stratiotes was continued by focusing on Pb
2+alone which the plant was abte to survive up to 2.5 mgr
1•In microbiological study, eight strains were isolated from acid mine ora"mage and m'tzosp'nerit sarrqjJes 't."ch.en
CIt'C.'A-t'tam'Ut
C~ ~, R~'IW. <liKed and enrichment technique on nutrient and Ramsay agar. Six strains were Gram positive rods, one was Gram negative rod and one was Gram positive cocci. These strains were tolerant towards
Pb2 ...up
to100 mgr
1in
Pb2+-modifiedbroth. Strain NMeHI<r2 was found to be the most resistant strain at 100 mgr
1with the population of 8.94 x
lOSCFU mrl. Pb
2+removal cap:cities (RC) of these strains however showed a different result where the htghest Pb
+RC was shown by strain NMeHI-Crl (12.48 mgg-
1)followed by NMeHI-Cr1 and NMeS2-W1 with 10.15 and 8.80 mgg-
1respectively. Strain NMeHI-Cr2 was identified as Bacillus cereus through molecular analysis. Inoculation of 8. cereus onto the roots of P. stratiotes had Increased the phytoremediation effldendes of the plants. This was shown by
thecomplete removal of Pb
2+from the simulated wastewater.
iii
ABSTRAK
Pencemaran logam berat di persekitaran adalah membimbangkan kerana logam berat tidak dapat didegradasi secara kimia mahupun secara biologl Kaedah fitoremediasi merupakan teknologi yang mudah dan ekonomik untuk diaplikasl dan memulihkan pencemaran logam berat Kajian dijalankan untuk menyelidik kesan Inokulasi bakteria terhadap tumbuhan akuatik
P.
stratiotes dalam proses fitoremedias/ untllk . menylngkirkan logam-Iogam berat darl sisa air yang disimulasi dengan menambahkan logam berat ke dalam air tasik UMS. Tumbuhan P. stratiotes telah diplllh di da/am kajian In/ kerana ia mudah didapat/ dl kawasan tempatan dan mempunyal akar yang panjang dan berstruktur sepert/ jarlng. Kajian penylngklran logam dllakukan dl dalam reaktor CVIf (Continuous Vertical Inlet Reactor) yang membo/ehkan proses penylngklran logam dijalankan secara berterusan dan membeka/kan okslgen yang secukupnya kepada akar P. stratiotes. Makrofit akuatlk inl mampu hldup di dalam campuran logam-/ogam berat plumbum, nlke~ kadmium dan zlnk pada kepekatan 1.5 mgll setiap /ogam selama5
harl ti1npa nutrien,8
harl dengan penambahan laruti1n sekall ganda nutrien dan12
harl dengan penambahan2
kali ganda larutan nutrien.Me/alui profi/ penyerapan logam-fogam berat, didapatl bahawa logam berat plumbum diserap secara maksimum laltu 100 % berbanding logam nike~ kadmium dan zink.
Oleh itu, logam plumbum dipllih untuk kajian seterusnya dan tumbuhan Inl mampu hldup dan menyerap logam plumbum darl sisa air disimulasl sehingga 2.5 mgll.
Manaka/a untuk kajian mlkroorganlsma, sebanyak lapan strain telah dlpendlkan d/
atas media nutrien dan Ramsay pada suhu 30 °C dar! sampel rhlzosfera dan sisa air per/ombongan yang diambil dl bekas lombong Mamut, Ranau, Sabah. Enam strain adalah bercirl rod Gram positif,satu
rod
Gram negatlf dan satu coed Gram pasitif.Strain-strain Ini menunjukkan cirl-cirl toleran terhadap logam plumbum dan mampu hidup di dalam media-plumbum sehingga 100 mgll dl mana strain NMeS2-W2 menunjukkan pertumbuhan tertingg/ iaftu sebanyak
8.94
x lt1 CFU/mll. Dar! segf kapasitl penyfngkfran (RC) logam plumbum, strain NMeHI-Cr2 menunjukkan nilai yang tert/nggi laitu12.48
mgg-J diikutl oleh strain NMeHI-Crl dan NMeS2-Wl dengan RC sebanyak 10.15 dan 8.80 mgg-I. Molekular analisis terhadap strain NMeHI-Cr2 telah mengena/past/ strain tersebut sebagal Bacillus cereus. B. cereus telah beljaya meningkatkan prestasl proses fitoremediasiP.
stratiotes apabila diinoku/asl ke akar- akar tumbuhan akuatik tersebut dengan menyingkirkan logam plumbum 100 % darl air yang tercemar.iv
ABSTRAK
Pencemaran logam berat di persekitaran adalah membimbangkan kerana logam berat tidak dapat didegradasi secara kimia mahupun secara biologl. Kaedah fitoremediasi merupakan teknologl yang mudah dan ekonomik untuk diaplikasl dan memulihkan pencemaran logam berat Kiljian dijalankan untuk menyelidik kesan Inokulasl balderia
terhadap tumbuhan akuatik
P.
stratiotes dalam proses fitoremedias/ untuk . menyingkirkan logam-Iogam berat dar! sisa air yang dis/mulasi dengan menambahkan logam berat ke dalam air tasik UMS. Tumbuhan P. strat/otes telah dipilih di dalam kaj/an Inl kerana ia mudah didapat/ dl kawasan tempatan dan mempunyal akar yang panjang dan berstruktur seperti jarlng. Kajian penyingkiran logam dilakukan di dalam reaktor CVIF (Continuous Vertical Inlet Reactor) yang membolehkan proses penyingklran logam d/jalankan secara berterusan dan membekalkan oksigen yang secukupnya kepada akar P. stratiotes. Makrofit akuat/k inl mampu hldup dl dalam campuran logam-Iogam berat plumbum, nike~ kadmium dan zlnk pada kepekatan 1.5 mgll setiap /ogam selama5
harl tanpa nutrien,8 harl
dengan penambahan larutan seka/i ganda nutrien dan12 hart
dengan penambahan2
kali ganda larutan nutrien.Me/alu; profil penyerapan logam-Iogam berat, didapati bahawa logam berat plumbum diserap seeara makslmum laltu 100 % berbanding logam nike~ kadmium dan zink.
Oleh itu, logam plumbum dipilih untuk kajian seterusnya dan tumbuhan Inl mampu hldup dan menyerap logam plumbum darl sisa air disimulasl sehingga 2.5 mgfJ.
Manakala untuk kajian mikroorganisma, sebanyak lapan strain telah dlpendlkan di alas media nutrien dan Ramsay pada suhu 30 DC dar! sampel rhizosfera dan sisa air per/ombongan yang diambil dl bekas lombong Mamut, Ranau, Sabah. Enam strain adalah berein rod Gram positif,satu rod Gram negatif dan satu coed Gram positif.
Strain-strain Inl menunjukkan dr!-cir! toleran terhadap logam plumbum dan mampu hidup di dalam media-plumbum sehingga 100 mglJ dl mana strain NMeS2-W2 menunjukkan pertumbuhan tertinggi iaitu sebanyak
8.94
x Iff CFU/mll. Dan segl kapasiti penyingklran (RC) logam plumbum, strain NMeHI-Cr2 menunjukkan nilai yangtertinggi laitu
12.48
mgg-1 diikutl oleh strain NMeHI-Crl dan NMeS2-Wl dengan RC sebanyak 10.15 dan 8.80 mgg-1• Molekular analisis terhadap strain NMeHI-Cr2 telah mengenalpasti strain tersebut sebagal Badl/us cereus. B. eereuS telah beljaya meningkatkan prestaslproses
fitoremediaslP.
stratiotes apabila diinokulasi ke akar- akar tumbuhan akuatik tersebut dengan menyingkirkan logam plumbum 100 % dar!air yang tercemar.
iv